第3章 第3、4节 热力学第二定律　熵——系统无序程度的量度（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版）

本高中物理讲义聚焦热力学第二定律及熵的核心知识点，系统梳理可逆与不可逆过程、热力学第二定律两种表述（克劳修斯、开尔文），延伸至第二类永动机的不可能，最终从微观视角用熵及熵增加原理阐释宏观过程方向性，构建逻辑递进的学习支架。 资料以“多维度理解-微点拨-全方位练明”为设计特色，通过对比热力学定律区别、分析电冰箱工作原理等实例，培养学生科学思维（科学推理、科学论证）与科学探究能力。课中助力教师系统授课，课后学生可通过判断、选择及解析练习查漏补缺，强化物理观念应用。

第3、4节　热力学第二定律　熵——系统无序程度的量度 (强基课——逐点理清物理观念) 课标要求 学习目标 通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。 1.了解热力学第二定律的内涵，知道自然界宏观过程的方向性；了解熵的概念和熵增加原理；了解能量与能源的区别以及能源的有限性。 2.能用证据说明第二类永动机是不可能实现的；能有依据地质疑，提出有创意的建议。 逐点清(一)　热力学第二定律 　　　　　　　　　　　　　　　　 [多维度理解] 1.可逆过程与不可逆过程 (1)可逆过程：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程。 (2)不可逆过程：如果用任何方法都不能使系统与外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。 2.热传递的方向性 热量可以自发地由高温物体传给低温物体，而不能自发地由低温物体传给高温物体。 3.功转化为热的方向性 机械能全部转化为内能的过程是能自发进行的，内能全部转化为机械能的过程是不能自发进行的。功热转化这一热现象是不可逆的，具有方向性。 4.热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。(说明热传导的方向性) (2)开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化。(说明机械能与内能转化的方向性) 　　[微点拨] 1.对两种表述的理解 (1)热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系，然而实际上它们是等价的。 (2)“不引起其他变化”是指使热量从低温物体传递到高温物体时外界不消耗任何功或从单一热源吸收热量全部用来做功而外界及系统都不发生任何变化。 (3)克劳修斯表述是说热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。如果外界消耗一定量的功，把热量从低温物体转移到高温物体是完全可能的，如电冰箱和空调机的制冷过程。 (4)开尔文表述表明了在引起其他变化或产生其他影响的条件下，热量能够完全转化为功，如理想气体的等温自由膨胀，内能不变，吸收的热量全部转化为功，但却引起了体积的膨胀。 2.热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系 热力学第一定律 热力学第二定律 区 别 是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机 是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机 联 系 两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)热量可以自发地从高温物体传递给低温物体。 (√) (2)热量不可能从低温物体传递到高温物体。 (×) (3)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 (√) 2.(2025·宁德高二质检)(双选)如图所示为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化放出热量到箱体外。下列有关说法正确的是 (　　) A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C.电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律 D.电冰箱和常见家用空调虽然都是制冷设备，但制冷原理却完全不相同 解析：选BC　由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助，电冰箱把热量从温度较低的内部传到温度较高的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故A错误，B正确；电冰箱的工作原理没有违反热力学第二定律，电冰箱和常见家用空调的制冷原理相同，故D错误，C正确。 3.关于热力学两大定律，下列说法不正确的是 (　　) A.热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的 B.热力学第二定律的两种表述是等效的 C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能 D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量使之完全变成功也是可能的 解析：选C　热力学第二定律有几种不同的表述形式，但它们是等效的，它与热力学第一定律是各自独立的，A、B正确；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU=W+Q可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D正确。 逐点清(二)　第二类永动机 　　　　　　　　　　　　　　　　 [多维度理解] 1.定义 从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不引起其他变化的机器。 2.第二类永动机不可能制成 第二类永动机并不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律。 3.热力学第二定律的又一表述 第二类永动机是不可能实现的。 　　[微点拨] 1.热机的特点 (1)热机不仅仅只有一个热库。 (2)热机的效率不可能达到100%。 2.两类永动机的比较 第一类 永动机 不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去) 第二类 永动机 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化) [全方位练明] 1.(双选)关于热机的效率，下列说法正确的是 (　　) A.有可能达到80% B.有可能达到100% C.有可能超过80% D.一定能达到100% 解析：选AC　根据热力学第二定律，热机的效率永远也达不到100%。 2.在热力学中，下列说法正确的是 (　　) A.第一类永动机不可能制成是由于它违背了能量守恒定律 B.第二类永动机不可能制成是由于它违背了能量守恒定律 C.热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能，而内能不能转化为机械能 D.热量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体 解析：选A　不消耗能量而不断对外做功的第一类永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律，故A正确；从单一热库吸收热量而对外做功的第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，故B错误；热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能，而内能在“一定的条件下”也能转化为机械能，故C错误；热量能从高温物体传向低温物体，在“一定的条件下”也能从低温物体传向高温物体，故D错误。 逐点清(三)　熵——系统无序程度的量度 　　　　　　　　　　　　　　　　 [多维度理解] 1.有序和无序：生活中符合某种规则的现象称为有序，反之称为无序。 2.热力学第二定律的微观本质：与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行。 3.熵：用来量度系统无序程度的物理量。 4.熵增加原理：在孤立系统中的宏观过程必然朝着熵增加的方向进行。 5.熵与能量退降：在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使得能量从可利用状态转化为不可利用状态，即能量的品质退化了。 [微点拨] 1.对熵的理解 (1)熵是反映系统无序程度的物理量，系统越混乱，无序程度越大，这个系统的熵就越大。 (2)在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加。 2.对熵增加原理的理解 (1)对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行。或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小。这就是熵增加原理。 (2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值越大代表着越无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度增大的方向发展。 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)熵是物体内分子运动无序程度的量度。 (√) (2)在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行。 (×) (3)热力学第二定律的微观实质是熵是增加的。 (√) (4)熵值越大，代表系统分子运动越无序。 (√) 2.(双选)下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是 (　　) A.从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律 B.一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行 C.有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行 D.在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小 解析：选AD　从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，热力学第二定律是一个统计规律，故A正确，B、C错误；任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是朝着熵增加的方向进行，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $